(57)【要約】【課題】振動を検知する感度を低下させないようにすると共に、耐衝撃性を向上させた振動センサを提供する。【解決手段】固定電極４と、この固定電極４に対向する面が振動電極として機能し、この振動電極とは反対側の面に錘１が設けられた振動板３とを備え、振動板３の面に直交する方向に錘１が変位し、固定電極４と振動板３との間の静電容量の変化に基づいて振動検出信号を出力する振動センサであって、錘１を環状に形成すると共に、錘１に接触して、錘１の変位量を規制する規制部材２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と、この固定電極に対向する面が振動電極として機能し、この振動電極とは反対側の面に錘が設けられた振動板とを備え、
前記振動板の面に直交する方向に前記錘が変位し、
前記固定電極と前記振動板との間の静電容量の変化に基づいて振動検出信号を出力する振動センサであって、
前記錘を環状に形成すると共に、
前記錘に接触して、前記錘の変位量を規制する規制部材を備えた振動センサ。
【請求項２】
前記規制部材が、中央に孔を有する規制板である請求項１に記載の振動センサ。
【請求項３】
前記振動板は、スリットを設けて、
中央部に位置して前記錘が備えられる振動部と、周辺部に位置して前記振動板を固定する固定部と、前記振動部と前記固定部とを連結する弾性支持部とに分割形成される請求項１又は２に記載の振動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定電極と、この固定電極に対向する面が振動電極として機能し、この振動電極とは反対側の面に錘が設けられた振動板とを備え、前記振動板の面に直交する方向に前記錘が変位し、前記固定電極と前記振動板との間の静電容量の変化に基づいて振動検出信号を出力する振動センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量検出型、すなわちエレクトレットコンデンサマイクロホン（以下、「ＥＣＭ」と称す）型の振動センサは、マイクロホンや歩数計をはじめ様々な用途に広く用いられている。例えば、特許文献１には、骨伝導振動を検知するイヤマイクロホンの技術が開示されている。この文献では、骨伝導振動という微小振動を良好に検知するために、可動電極（振動板に相当）に重り（錘）を付けて、実質的に可動電極の質量を大きくして、可動電極の振幅を大きくして感度を向上する方法が示されている。また、高域振動に対する追随性を良くするために可動電極を一端が固定された片状にしたり、年輪状のスリットを設けるなどして、周波数特性を改善する方法が示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、特に歩行時など低振動数（周波数）領域の振動を良好に検出するために、衝撃印加手段と、この衝撃印加手段によって与えられた衝撃によって振動する可動電極に重りを設ける構成が示されている。すなわち、衝撃印加手段によって低振動数の振動を可動電極へ伝え、可動電極は検知する振動数と比べて高い固有振動を有するように構成して、良好に歩行時などの低振動数領域の振動を検出することができるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−７９７００号公報（第２〜３図、第６図、第１〜第２頁上段、第３頁下左段）
【特許文献２】特開平１０−９９４４号公報（第１図、０００６〜００１９段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成を採ることによって、慣性力を増加させてセンサの感度を高くすることが可能となる。しかし、慣性力が増加し、振幅も大きくなると、落下時などの耐衝撃性が損なわれる。すなわち、衝撃によって振動板が破損したり、変形する可能性が高くなる。この対策として、錘の過度な変位を規制するために規制部材を設ける方法がある。この場合、錘と規制部材との間のギャップを狭くしなければ、規制の効果が充分に得られず、振動板の破損や変形を許してしまう。しかし、ギャップを狭くしすぎると、必要な振幅をも規制してしまうので、このギャップは高精度に設ける必要がある。このため、組立にも精度を要し、その結果、組立性が悪くなり、組立誤差などから製品の性能ばらつきが大きくなってしまうという問題を有する。
【０００６】
また、振動センサは小型化が進んでおり、センササイズが小さくなると、それに伴って、上記ギャップも小さくなる。そうすると、錘と規制板との間に存在する空気の逃げ道も狭くなり、この空気が錘の振動に抗するように作用する。これをエアダンピングと称し、センサが小型化するほど、このエアダンピングが錘（振動板）の振幅に及ぼす影響が大きくなる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、振動を検知する感度を低下させないようにすると共に、耐衝撃性を向上させた振動センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る振動センサの特徴構成は、固定電極と、この固定電極に対向する面が振動電極として機能し、この振動電極とは反対側の面に錘が設けられた振動板とを備え、前記振動板の面に直交する方向に前記錘が変位し、前記固定電極と前記振動板との間の静電容量の変化に基づいて振動検出信号を出力するものであって、前記錘を環状に形成すると共に、前記錘に接触して、前記錘の変位量を規制する規制部材を備えた点にある。
【０００９】
この特徴構成によれば、錘を環状に形成するので、例えば錘を円柱状に形成した場合と比べて、同じ質量の錘で、振動センサ又は振動板の径方向に広がった錘を振動板に取り付けることができる。そして、錘の変位量を規制する規制部材に径方向のより外側で接触することができ、環状の錘が径を軸として過度な揺動を伴うような変位をした場合に、その変位をより好適に規制することができる。例えば、錘を円環状に設けた場合は、錘の径方向の外側までの長さが一定である。従って、振動板がどの方向に過度な揺動を伴う変位をした場合であっても、同じようにその過度な変位を規制することができる。その結果、振動板にかかる負荷が軽減され、振動板の破損や変形を防止することができる。
【００１０】
また、上記構成において、前記規制部材が中央に孔を有する規制板であると好ましい。
【００１１】
振動センサが小型化されてくると、上述したようにエアダンピングの問題が顕在化してくるが、錘を環状にし、この錘の変位量を規制する規制板の中央にも孔を有するように構成すると、このエアダンピングの問題が軽減できる。例えば、規制部材が孔を有しないで構成されていると、規制部材と錘との間の空気は、この規制部材と錘との隙間と、径方向の外側で錘と振動センサのケースとの間の空間と、の間で移動する必要がある。しかし、規制部材としての規制板に孔を設けていれば、この規制板の孔を通って、空気が移動できる。このとき、錘が環状でなければ、錘が規制板の孔を塞ぐように変位するので、錘と規制板との間の空気の流れが、妨げられる部分が生じる。しかし、錘が環状に構成されていると、規制板の孔の部分には環状の錘の中央部の孔が対向するようになるので、空気は錘の中央部の孔と規制板の孔とに流れることもでき、空気の流れは妨げられない。その結果、エアダンピングによって振動板の振幅が制限される問題が軽減できる。
【００１２】
また、前記振動板は、スリットを設けて、中央部に位置して前記錘が備えられる振動部と、周辺部に位置して前記振動板を固定する固定部と、前記振動部と前記固定部とを連結する弾性支持部とに分割形成されると好ましい。
【００１３】
前記振動板が上記のように形成されると、前記弾性支持部がバネ構造を有するので、充分な振幅を得て感度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る振動センサの一例を示す斜視図、図２は、図１に示す振動センサの断面図である。図１及び２に示すように、本発明の一つの実施形態に係る振動センサは、ハウジング５の内面にエレクトレット層６を形成した固定電極４と、この固定電極４に対向する面が振動電極として機能し、この振動電極とは反対側の面に錘１が設けられた振動板３とを備え、振動板３の面に直交する方向に錘１が変位し、固定電極４と振動板３との間の静電容量の変化に基づいて振動検出信号を出力するものであって、錘１を環状に形成すると共に、錘１に接触して、錘の変位量を規制する規制板（規制部材）２を備えて構成されている。
【００１５】
上記固定電極４は、エレクトレット層６が内面に形成され、一端が開放された筒状のハウジング５の底部に設けられている。この底部に、リング状の樹脂製スペーサ７と、振動板３とを取り付け、このスペーサ７の厚みで、静電容量の変化を検出するコンデンサ部の所定の間隔を設けている。振動板３に錘１を取り付け、振動板３の面方向（以下、「横方向」）への錘１の変位を規制可能な規制リング８と、振動板３の面に直交する方向（以下、「縦方向」）への錘１の変位を規制可能な規制板２と、ゲートリング９と、を順次重ねる。そして、振動検出信号の出力回路が実装された基板１０で蓋をして、ハウジング５に止め付けて振動センサを組み立てる構造になっている。この構造において、振動板３はスペーサ７と規制リング８とによって周囲を挟まれて固定支持されている。また、ハウジング５と、規制リング８と、ゲートリング９とは、金属製である。尚、規制リング８は、振動板３の面に直交する方向に変位する錘１が充分な振幅を得るための間隔を形成するための嵩上げリングとしての役割を兼ねている。
【００１６】
上記振動板３は、ステンレス、タングステン、４２アロイ、Ｔｉ−Ｃｕ、Ｂｅ−ＣｕやＳＫ材を使用することができる。特に落下衝撃への耐性を考慮して、Ｔｉ−Ｃｕ、Ｂｅ−ＣｕやＳＫ材などの硬めの材料を用いた場合には、横方向への過剰な変位を考慮する必要がなくなり、規制リング８はもっぱら嵩上げリングとしての機能を受け持つこととなる。
【００１７】
図３は、本発明に係る振動センサの振動板を分割形成する一例を示す図である。図３に示すように、振動板３は、スリット１１を設けて、中央部に位置して錘１が備えられる振動部３３と、周辺部に位置して振動板３を固定する固定部３１と、振動部３３と固定部３１とを連結する弾性支持部３２とに分割形成されている。また、錘１は、この振動板３の振動部３３に、真中に孔１３を有して環状に形成されている。錘１をこのように環状に形成することにより、例えば円柱状に錘１を形成した場合と比べて、同じ質量の錘１で、振動板３の径方向に広く錘１を取り付けることができる。その結果、図４（ａ）に示すように、錘１が振動板３の径を軸として過度な揺動を伴う変位をした場合に、径のより外側で、規制板２に接触する。すなわち、振動板３の面方向のぶれがより小さな角度である状態で規制板２に接触する。その結果、錘１の径を軸とした揺動を効果的に抑制でき、錘１の過度な変位を好適に抑制することができ、振動板３の破損や変形を防ぐことができる。
【００１８】
本発明に係る振動センサの規制部材による錘の規制作用の一例を図４に示す。上述したように、本例では、環状の錘１を有しているので、例えば円柱状の錘１と比べて、径方向に大きな形状となっている。そのため、錘１の変位量を規制する規制板２に径方向の外側で接触することができ、錘１が径を軸として過度な揺動を伴う変位をした場合に、その変位をより好適に規制することができる。すなわち、錘１が過度な揺動を生じた場合に、規制板２に錘１の一部が接触して成す角度Ａ（図４（ａ）参照）は、円柱状の錘１が過度な揺動を生じた場合に、規制板２に錘１の一部が接触して成す角度Ｂ（図４（ｂ）参照）に比べて小さくなる。その結果、振動板３、特に弾性支持部３２にかかる負荷が軽減され、振動板３の破損や変形を防止することができる。また、例えば、錘を円環状に設けた場合は、錘の径方向の外側までの長さが一定である。従って、振動板がどの方向に過度な揺動を伴う変位をした場合であっても、同じようにその過度な変位を規制することができるので好適である。
【００１９】
また、錘１が中央に孔１３を有する環状であり、この錘１に接触して錘１の変位量を規制する規制部材が、中央に孔１２を有する規制板２であるので、錘１が縦方向に変位した場合に、規制板２と錘１との間に存在する空気が、これらの孔１３及び１２を介して円滑に移動できる。本発明に係る振動センサの規制部材と錘との間の空気の流れの一例を図５に示す。図５（ｂ）は、錘１を円柱状に形成した場合の例である。この場合、錘１が環状でないので、規制板２の中央部に孔１２を設けていても、円柱状の錘１によってこの孔１２を塞ぐように変位する。その結果、図中に矢印で示したように空気の流れは悪くなる。そして、錘１の変位によるエアダンピングが振動板３の振幅に影響を及ぼす。
しかし、図５（ａ）に示すように、錘１が環状に形成されている場合は、規制板２の孔１２の部分には環状の錘１の孔１３が対向するようになるので、空気は錘１の孔１３と規制板２の孔１２とに流れることができ、空気の流れは妨げられない。すなわち、錘１の孔１３と規制板２の孔１２とを介して、図中に矢印で示したように空気が円滑に流れる。その結果、錘１の変位によるエアダンピングが振動板３の振幅に与える影響が軽減される。
【００２０】
振動センサのサイズが小さくなると、それに伴って、錘１と規制板２とのギャップも小さくなり、エアダンピングが振動板３の振幅に与える影響が大きくなるが、上記のように構成することで、このエアダンピングの問題を良好に改善できる。
【００２１】
図３には、固定部３１側に位置する外軌道と、振動部３３側に位置する内軌道と、これら外軌道と内軌道とを連結する略Ｓ字型の連結軌道と、から構成される形状のスリット１１を例示した。そして、このスリット１１によって、振動板３の弾性支持部３２は、固定部３１との境界部分である一方の端部３２ａと、振動部３３との境界部分である他方の端部３２ｂと、この両端部の間に位置してこの両端部よりも狭幅の中央部３２ｃとから成る梁状体に形成されることとなる。
【００２２】
振動板３の振幅、すなわち振動部３３の振幅は、この梁状体の弾性支持部３２の中央部３２ｃの弾性によって与えられる。従って、この弾性効果を多く得るためには、弾性支持部は細長く形成されることが好ましい。しかし、弾性支持部３２と、固定部３１又は振動部３３との境界部分である弾性支持部３２の端部３２ａ及び３２ｂは、弾性運動する弾性支持部３２の支点として働くことから、ある程度の強度を保持できるように形成されることが好ましい。振動による亀裂などの破損や、ねじれなどによる変形を起こし難くするためである。従って、弾性支持部３２の両端部３２ａ及び３２ｂが、中央部３２ｃよりも太く形成されるようなスリット形状とすることで、振動板３は、弾性効果を多く得られると共に、強度を強くし、良好な振幅を長期に亘って得ることができる。
【００２３】
また、振動板３は図３に示した形状に限らず、別の形状に形成することもできる。すなわち、振動板３を固定部３１と弾性支持部３２と振動部３３とに分割形成するスリット１１は、固定部３１から振動部３３へ向かって連続して形成され、隣り合う各スリット１１の固定部３１側と振動部３３側とが径方向に重なり合うように周方向に沿って等間隔に設けられて、弾性支持部３２が周方向に等間隔に複数形成されればよいので、別の形状に形成することもできる。
【００２４】
図６に示すように、固定部３１側から振動部３３の中心へと向かう螺旋軌道に沿って形成されるスリット１１とすることもできる。螺旋軌道は、中心部ほど軌道の曲率が大きく（曲率半径が小さく）なり、周辺部ほど曲率が小さく（曲率半径が大きく）なる。すなわち、螺旋軌道に沿ったスリット１１は、振動部３３側の端部が中心側へ入り込み、固定部３１側の端部が周辺部へと広がって形成される。従って、各スリットの振動部３３側の端部又は固定部３１側の端部が、それぞれ隣り合うスリットとの間で形成する各弾性支持部３２の振動部３３側の端部３２ｂ又は固定部３１側の端部３２ａは、各弾性支持部３２の中央部３２ｃに比べて広い幅を持つように形成される。また、この場合は、スリット１１が一連の曲線軌道で形成されるので、振動板３の面方向への衝撃に対する歪に抗する力もより強くなる。このため、充分な振幅を得て感度を向上することができると共に、衝撃が加わった場合でも、破損や変形に強い構造とすることができる。
【００２５】
また、別のスリット１１の形状（弾性支持部３２の形状）の例を示す。図７に示す振動板３に設けるスリット１１は、固定部３１側に位置する外軌道と、振動部３３側に位置する内軌道と、これら外軌道と内軌道とを径方向の軌道で鉤型に連結する連結軌道とから構成されている。このように構成すると、外軌道と内軌道とを径方向の軌道で鉤型に連結するので、例えば、外軌道と内軌道とをそれぞれ異なる径を持つ円弧などで形成することができる。スリットの形状を簡単に設計でき、形成される弾性支持部の弾性や強度の計算も容易に行うことができる。
【００２６】
以上、説明したような実施形態によって、振動を検知する感度を低下させないようにすると共に、耐衝撃性を向上させた振動センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る振動センサの一例を示す斜視図
【図２】図１に示す振動センサの断面図
【図３】本発明に係る振動センサの振動板を分割形成する第一の例を示す図
【図４】本発明に係る振動センサの規制部材による錘の規制作用の一例を示す図
【図５】本発明に係る振動センサの規制部材と錘との間の空気の流れの一例を示す図
【図６】本発明に係る振動センサの振動板を分割形成する第二の例を示す図
【図７】本発明に係る振動センサの振動板を分割形成する第三の例を示す図
【符号の説明】
【００２８】
１  錘
２  規制板    
３  振動板
４  固定電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005326310.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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